干货|75t/h循环流化床锅炉自控系统设计与SAMA图应用

循环流化床锅炉自动控制系统包括汽包水位调节、主汽温度调节、炉膛负压调节、床温调节、料层厚度调节、主汽压力调节和送风调节七个方面控制，昌晖仪表结合SAMA图和具体案例分享循环流化床锅炉自动控制系统构建和实施的方法，本文可作为循环流化床锅炉自动控制系统设计教程。

某公司75t/h循环流化床锅炉在运行过程中，必须使如下参数在被控制的范围内:
①汽包水位          稳定偏差：±5mm
②主汽温度            稳定偏差：±5℃
③炉膛负压            稳定偏差：±5Pa
④床温                   稳定偏差：±4℃
⑤料层差压            稳定偏差：±0.1kPa
⑥主汽压力            稳定偏差：±0.05MPa
⑦烟气含氧量         稳定偏差：±3%
影响这些参数稳定性的因素很多，他们之间又相互影响。

从自控的角度看，循环流化床是一个多变量相关联，非线性，时变和分布参数的控制对象，为了能对上述参数实现自动调节，经昌晖仪表制造有限公司研究试验可以将其控制大致分为两部分：

1、汽水系统
流化床锅炉与其它类型锅炉的汽水系统存在着很多相似之处，因此可以采用层燃炉和悬浮炉的典型控制方案。2、燃烧系统
流化床锅炉的燃烧系统有自己的特点和优点，且各参数之间相互耦合、滞后大，可根据模糊控制理论建立系统辨识后，设立控制方案。

75t/h循环流化床锅炉自动控制设计方案
循环流化床锅炉自动控制采用SAMA图设计，方便大家清晰明了的弄明白控制原理和具体实施方法。如果您对SAMA图例不熟悉，请参阅昌晖仪表网《SAMA图与SAMA图例在自控设计中的应用》技术文章。

1、汽包水位调节系统
汽包水位是保证锅炉安全运行的重要参数，其控制系统采用带温度压力补偿的单级三冲量调节系统。控制SAMA图见图1

图1    循环流化床锅炉汽包水位调节系统SAMA图

2、主汽温度调节
系统采用串级调节，主汽温度作为主调(单回路调节器)输入，减温器出口温度作为中间点参数引入副调，作为副调(外给定调节器)的反馈，主调“反作用”、副调“正作用”，通过调节减温水量，满足主汽温度的要求。控制SAMA图见图2。

图2  循环流化床锅炉主汽温度调节系统SAMA图
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3、炉膛负压调节系统
对象调节通道的动态特性较好，采用0.075%精度高稳定性炉膛负压变送器测量炉膛压力，控制采用单回路调节系统。但由于扰动通道的飞升速度较快，因此采用具有送风量前馈信号的前馈反馈复合系统。为防止负压波动较大危及安全，回路中必须加入限幅单元，以保证引风挡板在一定开度范围内变化。控制SAMA图见图3。

图3  循环流化床锅炉炉膛负压调节系统SAMA图

4、床温调节系统
循环流化床锅炉的床温是一个重要参数，过高易引起结焦，过低既降低了脱硫的效率，又容易造成熄火。影响床温的因素主要有:煤质、煤的粒度、料层厚度。而料层厚度也与给煤量和返料量有关，但两者对床温的影响相反。为了不致误动作，必须加入反映该影响的烟气含氧量这一重要参数。通过调节返料量(罗茨风机的转速或回灰返料风挡板开度)来满足床温调节的要求。控制SAMA图见图4。

图4    循环流化床锅炉床温调节系统SAMA图

5、料层厚度调节系统
循环流化床没有明显的料层厚度，但仍有密相区和稀相区之分，料层厚度是指密相区静止时的料层厚度。料层厚度不仅影响床温而且对锅炉的经济运行影响很大。通过测量一次风室与稀相区的压差及一次风量来算出实际料层厚度，再与给定料层厚度比较。通过PI调节来控制水冷螺旋出渣机的转速，以达到保持料层厚度的目的。控制SAMA图见图5。

图5  循环流化床锅炉料层厚度调节系统SAMA图  

6、主汽压力调节系统
主汽压力是保证机炉安全经济运行的必要条件之一，由于调节通道的迟延大，须采用引入中间点参数的双回路系统来提高消除内扰动的速度。中间点参数采用蒸汽量和汽包压力计算得出的热量信号，通过调节燃料量(给煤机转速)来满足压力调节的要求。控制SAMA图见图6。

图6   循环流化床锅炉主汽压力调节系统SAMA图

7、送风调节系统
送风调节系统可改变送风量使其与燃料量相适应，保证一定的过剩空气系数，使燃烧经济性最佳。采用烟气含氧量作为被调量，通过调节一次风量和二次风量来满足调节要求。为进一步改善调节品质，引入负荷信号作为前馈信号，使送风系统在负荷扰动时与汽压系统同时动作。控制SAMA图见图7。

图7   循环流化床锅炉送风调节系统SAMA图
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吴县江远热电有限公司循环流化床锅炉自动控制工程中使用的是北京锅炉厂生产的容量为75t/h的中温中压流化床锅炉。对循环流化床锅炉的主汽压力调节系统虽然采用热量信号和床温信号都能克服煤量变化引起主汽压力变化的滞后，且采用床温信号的反应速度更快一些，但由于两个调节系统的共同作用使得床温波动较大，稍有疏忽就会结焦。而单独采用热量信号既能克服时滞又消除了两个调节系统之间的耦合，使两个调节系统的整定相互独立，这是昌晖仪表制造有限公司设计的控制要求，受到实际检验，循环流化床锅炉自动控制系统稳定可靠，满足了使用单位长期自动控制的需求。